某水電廠多臺110kV電壓互感器同時損壞事件分析

羅和煦

（福建華電投資有限公司，福建 福州 350003）

1 事件發生前的運行方式

某水電廠裝有2臺12.5MW水輪發電機組，采用發電機－變壓器單元接線，其中1號主變為三圈變，中壓側接有一條35kV南星線。110kV出線側為內橋帶外跨條的接線方式，2條線路分別為紫水線和適南線，線路側各裝設1臺電磁式電壓互感器(具體接線詳見圖1)。

2008-03-23，因電網原因110kV適南線退出運行，在出線處將導線解開。適南線斷開后，地調下令110kV系統運行方式改為外跨條運行、內橋備用，即110kV內橋140開關熱備用，外跨條1403和1404刀閘合閘，紫水線141開關及線路、適南線142開關運行，2條線路開關重合閘方式均投“檢同期”。

2 事件經過

2008-09-04，電廠1，2號機組正常運行，1，2號廠變正常運行，1，2號主變正常運行(1號主變中性點接地，2號主變中性點不接地)，35kV南星線301開關正常運行，110kV系統以外跨條運行、內橋備用方式正常運行。

13:04，隨著雷鳴，1，2號機組及1，2號主變受到重大沖擊，110kV紫水線141開關跳閘，1，2號機負荷甩至0；110kV紫水線“距離II段”保護動作，故障距離17.1Km，故障相別C相，141開關重合閘無動作。1號機組因141開關跳閘后帶小網運行不穩定，值長下令停1號機組，斷開南星線301開關、1號主變低壓側605開關、1號廠變高壓側603開關。此時電廠運行方式為：2號機組、2號主變(中性點不接地)、142開關、110kV外跨條以及110

kV紫水線運行，同時因紫水線對側開關跳閘后未重合閘，形成孤立小電網。

13:21，2號機組及2號主變再次受到沖擊，適南線142開關跳閘。110kV適南線“零序過流II段”保護動作，故障距離0.1Km，故障相別B相，142開關重合閘無動作。

現場檢查發現，紫水線線路B，C相PT及適南線線路B相PT的金屬膨脹器向上不同程度頂開； 2號主變中性點保護間隙有明顯的放電痕跡；紫水線B，C相避雷器各動作1次，適南線A，B相避雷器各動作1次， 2號主變中性點避雷器動作1次，2號主變高壓側避雷器B，C相各動作1次，而其A相動作達11次。

3 事件原因分析

3.1 第1次沖擊分析

根據當時的天氣狀況、線路兩側的保護動作情況和故障錄波判斷，2008-09-04 T 13:04，110kV紫水線C相遭受雷擊，紫水線對側線路保護的零序、距離Ⅰ段保護動作，開關跳閘，且由于裝置故障未重合；紫水線線路保護距離II段動作，延時500Ms出口跳141開關，故障相C相電流6.64A，故障零序電流9.29A。因141開關重合方式投“檢同期”，開關未重合。

從適南線保護裝置的動作記錄看，在紫水線遭雷擊時，該線路保護裝置有長期啟動記錄，但因故障電流未達到整定值而未出口跳閘。這是由于2臺并列運行的變壓器中性點接地方式不同，導致系統序網中零序電流不同，從而造成雷擊故障時外跨條運行方式的142開關線路保護無法及時切除故障。

3.2 第2次沖擊分析

紫水線141開關跳閘后，系統運行方式變為：2號機組通過2號主變、142開關、110kV外跨條、110kV紫水線空載運行。由于2號主變中性點不接地，110kV系統變成中性點不接地運行系統，其示意圖見圖2。

圖2所示為典型的具備構成鐵磁諧振條件的運行方式，即單臺發電機帶變壓器(中性點不接地)、電磁式電壓互感器和空載線路的運行方式。根據故障錄波數據分析，PT二次電壓變化情況如下：A相電壓在48.54V～88.09V范圍內波動，B相電壓在52.94V～107.9V范圍內波動，C相電壓在61.59 V～87.36V范圍內波動；電壓波形為基波與1/2次諧波的合成波形，有明顯低頻率(約為20H z)的諧振現象，諧振過電壓時間長達16min55s。此時B相一次電壓最高，因此造成B相絕緣首先擊穿，并通過變壓器中性點保護間隙放電。現場檢查也表明2號主變中性點保護間隙有明顯的放電痕跡。從適南線142開關動作波形圖可知：故障相B相零序電流為3.98A，達到零序過流II段保護的動作條件，適南線零序過流II段保護延時1000Ms出口跳142開關。

因此，造成第2次沖擊的原因是：紫水線141開關跳閘后，由于紫水線線路容抗和110kV側電磁式電壓互感器對地勵磁電抗滿足分次諧波諧振條件，引起PT電流增大，從而造成PT過熱損壞。現場檢查發現，紫水線141線路B，C相PT及適南線142線路B相PT的金屬膨脹器向上不同程度頂開。最終，由于紫水線線路B相PT絕緣擊穿，與放電的2號主變中性點保護間隙構成零序故障電流回路，由適南線零序過流II段保護動作切除故障。

4 暴露問題

4.1 地調下達的命令不合理

適南線斷開后，水電廠110kV系統應改為內橋方式運行，即合上內橋140開關及兩側刀閘，2號機組負荷通過140開關和141開關從紫水線送出。此時，繼電保護仍按原設計的內橋方式運行，不需要變動。若改為外跨條運行方式，在單線路接線的情況下，線路保護仍按原設計的紫水線141開關和適南線142開關保護運行，則當線路發生短路故障時，由于相互助增電流的影響，141及142開關感受到的短路阻抗不再是線路的短路阻抗，結果將引起保護拒動。因此，適南線斷開后，不宜采用外跨條運行方式。

4.2 運行方式改變后電廠未對保護方式進行調整

110kV系統改為外跨條方式運行后，電廠分析認為存在線路短路時保護可能拒動的隱患，并于2008-07-03專門發函向地調要求改變110kV系統運行方式，但地調未予采納，因此電廠也未對保護方式進行調整。實際上，電廠應針對這種運行方式，將用于紫水線線路保護的電流改取紫水線141開關CT和適南線142開關CT的和電流，保證在線路保護動作時同時作用141，142開關跳閘。

4.3 電廠運行人員事故處理不當

在第1次141開關跳閘至第2次142開關跳閘的17min內，電廠運行人員未能及時根據事故后運行方式的變化，合上2號主變中性點接地刀閘，以保持110kV系統按大電流接地方式運行；或者在判斷紫水線遭雷擊故障、對側未重合成功時，應手動斷開適南線142開關。如果運行人員采取以上措施之一，就可避免此次PT損壞事件。

4.4 電廠應急管理不到位

電廠雖然分析到適南線斷開、110kV系統外跨條運行后存在線路短路時保護可能拒動的隱患，但是沒有制訂相應的應急處置措施，也未對運行人員進行相關培訓，造成運行人員在事件發生時采取的處置措施不當。

5 防范措施

5.1 保證任何情況下繼電保護的配置與一次系統運行方式匹配

適南線斷開后，電廠110kV系統可以選擇內橋或外跨條運行方式。若采用內橋運行方式，繼電保護設置可不做改動，但運行方式不夠靈活。在1號主變故障時,保護將動作141和140開關同時跳閘，造成全廠無法發電。若采用外跨條運行方式，紫水線保護的電流應改取紫水線141開關CT和適南線142開關CT的和電流，并在線路保護動作時同時作用141、142開關跳閘。因此，在繼電保護的配置未作變更的情況下，可選擇內橋運行作為臨時運行方式，以保證保護正確動作。

5.2 優化110kV系統電氣主接線

適南線斷開后，110kV系統送出線路只有紫水線單回路，因此可以對原110kV系統電氣主接線進行簡化，以提高運行可靠性，同時減少設備維護工作量。簡化方案可采用相當于110kV單母線運行的接線方式，即取消外跨條1403、1404刀閘，將原紫水線141回路和適南線142回路的出線直接連接；取消內橋140開關及兩側刀閘；取消2臺主變高壓側刀閘；取消原適南線線路PT。優化后的主接線如圖3所示。繼電保護方面，同時停用內橋140回路保護和適南線線路保護，紫水線保護的電流取141開關CT和142開關CT的和電流，并在線路保護動作時同時作用141、142開關跳閘。

5.3 更換電磁式電壓互感器

電容式電壓互感器能可靠地阻尼鐵磁諧振，且具備優良的瞬變響應特性。因此，為了防止鐵磁諧振過電壓產生，應將110kV系統內的電磁式電壓互感器更換為電容式電壓互感器。

5.4 加強運行人員的業務培訓

應加強對運行人員的培訓，要求他們掌握全廠繼電保護基本原理及動作過程，能根據事故現象準確判斷故障性質，并掌握各種事故的正確處理方法。同時，加強應急管理，完善應急預案并加強演練，提高運行人員的應急處置能力。